기어 감속기 박스 선택 실무 가이드

기어 감속기 박스란?

기어 감속기 박스는 기어 감속기 또는 기어박스라고도 불립니다. 기계(주로 엔진)의 출력 토크와 속도를 제어하는 메커니즘으로, 토크와 속도를 조절해 기계가 동력을 더 넓은 용도에 효율적으로 활용하게 합니다. 기어 감속기 박스는 조립 라인, 컨베이어 등 생산 라인의 여러 산업 현장에서 사용되며, 자동차 산업에서는 기어박스의 필수 부품으로 널리 쓰입니다. 특정 용도에 맞는 기어 감속기 박스를 선택할 때 주요 고려 사항은 다음과 같습니다.

• 입력 속도 및 동력
• 희망 출력 속도 또는 희망 출력 토크
• 사용 조건: 하루 가동 시간, 시스템 내 충격 또는 진동 유형
• 전단 힘의 정도
• 유닛 구성: 샤프트 입력 또는 중공 보어 입력, 샤프트 출력 또는 중공 보어 출력
• 유닛 방향: 예) 직각 웜 기어에서 웜 상부/하부, 수평/수직 샤프트
• 특수 소재: 내식성 도장, 스테인리스 하우징 및 샤프트
• 서비스 팩터

서비스 팩터가 중요한 이유

대부분의 기어박스 제조업체는 서비스 팩터 정의로 시작합니다. 이 도구는 입력 유형, 하루 가동 시간, 애플리케이션에 존재하는 충격이나 진동 등의 문제를 보정하는 데 쓰입니다. 연삭처럼 불규칙한 충격이 있는 애플리케이션은 균일하게 하중이 걸리는 경우보다 더 높은 듀티 팩터가 필요합니다. 마찬가지로 간헐적으로 사용되는 장치는 24시간 가동되는 장치보다 팩터가 낮습니다.

서비스 클래스란?

서비스 팩터를 정하면 서비스 클래스가 결정됩니다. 일반 AC 모터로 구동되며 균일한 하중의 컨베이어를 하루 20시간 운전하는 유닛은 보통 서비스 클래스 2입니다. 기어박스 제조업체는 서비스 클래스별 그래프를 제공합니다. 이 그래프를 사용하려면 입력 동력, 서비스 클래스, 희망 감속비가 필요합니다. 예: 2마력 모터, 15:1 감속비 필요. 그래프에서 2마력과 15:1이 만나는 지점을 찾으면 726 사이즈 유닛이 선택됩니다.

제조업체 제품 번호 체계에 따라 유닛 사이즈 726은 센터 간격 2.62인치를 가진 유닛을 의미합니다. 선택을 확인하고 특정 토크나 속도 레벨을 검증하기 위해 제조업체는 이러한 값을 보여주는 그래프를 제공합니다. 다이어그램에는 C타입 프론트 모터(플랜지) 또는 다이렉트 커플링(플랜지 없음) 모터 입력 값이 표시됩니다. 이를 통해 15:1 감속 시 726 플랜지 기어박스가 116.7 RPM을 제공하며, 2마력 엔진 사용 시 최대 994lb·ft 토크를 낼 수 있음을 확인할 수 있습니다.

→ 자세히 보기: 랙 앤 피니언 기어에 대한 모든 것

횡하중(Transverse Load)이란?

유닛 사이즈를 선정한 후, 기어박스 제조업체 카탈로그나 웹사이트에서 해당 사이즈 유닛의 최대 허용 횡하중 값을 확인합니다. 애플리케이션 하중이 허용치를 초과하면 횡하중을 고려해 기어박스를 더 큰 사이즈로 확대해야 할 수 있습니다.

기어 감속기 박스 장착

이 단계에서 유닛의 크기와 성능이 정해졌으므로, 다음은 유닛의 조립 특성을 정의합니다. 여러 일반적인 장착 구성이 있지만, 기어박스 제조업체는 각 유닛 사이즈마다 다양한 옵션을 제공합니다.

가장 일반적인 장착은 C프레임 모터용 중공 홀이 있는 플랜지 입력과 왼쪽으로 돌출된 출력 샤프트의 조합이지만, 다른 많은 가능성도 존재합니다. 기어박스 본체 위아래 장착 피트, 중공 출력, 입출력 구성 등 다양한 옵션이 가능합니다. 모든 기어박스 제조업체는 카탈로그와 웹사이트에 장착 옵션과 치수 정보를 제공합니다.

그리스, 씰, 모터

대부분 제조업체는 기어박스에 윤활유를 채워 출고하는 옵션을 제공합니다(대부분 기본적으로 비어 있는 상태로 출고되어 현장에서 충전). 많은 기어박스가 결국 C프레임 엔진에 장착되므로, 많은 제조업체는 엔진을 기어박스에 통합해 어셈블리 채로 출고하는 서비스도 제공합니다.

기어 유형

미끄럼 피드백을 이용하는 웜 기어는 감속 시 치면 접촉이 커지고 마찰이 증가합니다. 이 마찰로 더 많은 열이 발생하므로 더 두꺼운(높은 점도) 윤활유가 적합합니다. 반면 롤링 커플링을 사용하는 헬리컬 기어는 효율이 높아 저점도 윤활유가 더 적합합니다. 고속(감속비가 낮은 유닛)은 더 많은 열을 발생시키므로 점도 수치를 그에 맞춰 변경해야 할 수 있습니다.

어떤 기어 유형이든 작동 환경과 주변 온도는 적절한 윤활유 점도 선정에 영향을 미칩니다. 작동 온도가 높으면 오일이 데워지며 흐름 저항이 감소하므로 더 높은 점도의 그리스가 필요합니다.

올바른 기어 감속기 박스 선택

모든 제조업체는 제품에 설명서를 제공합니다. 이들은 실험실 테스트를 통해 작동 조건에 적합한 오일 점도를 결정합니다. 일반적으로 산업용 40°C(104°F) 환경에서 작동하는 헬리컬 기어 유닛은 고속(3000rpm)에는 SAE 10W, 저속에는 SAE 40이 적합합니다. 주변 온도가 낮으면 이 범위가 SAE 10W~SAE 20W로 이동합니다. 웜 기어 유닛의 경우 40°C 주변 온도에서 SAE 140(600W)이 적합하며, 더 높은 온도에서는 더 높은 중량 오일이 필요합니다.

감속기와 기어박스를 비교할 때, 용어 차이가 유일한 차이인 경우가 많습니다. 모든 감속기는 기어박스이지만, 모든 기어박스가 감속기는 아니기 때문입니다. 다소 복잡해 보이지만 실제로는 간단합니다.

감속기는 엔진과 기계 사이의 기어드 트랜스미션입니다. 감속기의 목적은 이 두 끝점 사이에서 전달되는 회전 속도를 낮추는 것입니다. 감속기는 모터가 생성한 토크(입력)를 받아 증폭시킵니다. 둘째, 이름 그대로 입력 속도(출력 회전 속도)를 낮춰 출력이 올바른 속도가 되게 합니다.

'기어박스'는 모터와 기계 사이의 기어 트레인을 통칭하는 일반 용어입니다. 따라서 모든 감속기는 기어박스입니다. 그러나 모든 기어박스가 입력 속도를 낮추는 것은 아닙니다. 드물지만 기어박스는 입력 속도를 높이는 용도로도 제작될 수 있습니다. 가장 흔한 기어박스 유형은 감속기지만, 모든 기어박스가 감속기라고 말하는 것은 옳지 않습니다.